🔺 موج‌سواری کوارک‌ها در سوپ بنیادین کیهان: سرن به تماشای نخستین مایع جهان نشست

🔹 در نخستین میکروثانیه‌های پس از بیگ‌بنگ، دمای کیهان به تریلیون‌ها درجه می‌رسید؛ شرایطی چنان آتشین که پروتون‌ها و نوترون‌ها هنوز توان شکل‌گیری نداشتند و ذرات بنیادین درون حالتی از ماده به نام «پلاسمای کوارک-گلوئون» آزادانه غوطه‌ور بودند. فیزیکدانان دهه‌ها بر سر ماهیت این محیط آغازین بحث می‌کردند: آیا کیهان نوزاد شبیه به ابری از گاز پراکنده بود یا یک مایع به هم‌پیوسته؟ اکنون پژوهشگران برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) در سرن با ردیابی کوارک‌های پرسرعت، امواج و گرداب‌هایی را در این محیط ثبت کرده‌اند که رفتار مایع‌گونه کیهان اولیه را اثبات می‌کند.

❕ پلاسمای کوارک-گلوئون: چرا داغ‌ترین ماده جهان یک «مایع کامل» است؟
پلاسمای کوارک-گلوئون نخستین و داغ‌ترین مایعی است که جهان به خود دیده است. فیزیکدانان به این حالت «مایع کامل» می‌گویند؛ سیالی چنان متراکم و در عین حال همگن که ذرات تشکیل‌دهنده آن با اصطکاکی نزدیک به صفر و به صورت یک پیکره هماهنگ حرکت می‌کنند. دانشمندان در سرن با کوبیدن یون‌های سنگین سرب با سرعتی نزدیک به نور، قطرات میکروسکوپی از این ماده باستانی را بازآفرینی می‌کنند که تنها کسری از یک کوادریلیونم ثانیه دوام می‌آورند؛ اما همین زمان کوتاه برای ثبت قوانین سیالاتی آن کافی است.

🔹 برای تجسم این پدیده، حرکت یک پرنده بر سطح آرام آب را تصور کنید که در مسیر خود امواجی Vشکل و گرداب‌های کوچک بر جا می‌گذارد. کوارک‌ها نیز هنگام عبور از دل این پلاسما دقیقاً رد موج هیدرودینامیکی مشابهی ایجاد می‌کنند. با این حال، ثبت این ردپای ظریف تا پیش از این ممکن نبود؛ زیرا کوارک‌ها همواره به صورت جفت در دو جهت مخالف پرتاب می‌شدند و تلاطم ناشی از یکی، رد موج کوارک دیگر را مخدوش می‌کرد.

❕ ترفند نبوغ‌آمیز سرن: استفاده از ذره خنثای «بوزون Z» به عنوان شاخص
فیزیکدانان ام‌آی‌تی و آزمایشگاه CMS برای حل این مشکل روشی خلاقانه طراحی کردند: آن‌ها میان ۱۳ میلیارد برخورد، به دنبال مواردی گشتند که یک کوارک هم‌زمان با یک ذره خنثی به نام «بوزون Z» در جهت مخالف شلیک شده بود. از آنجا که بوزون Z بار قوی هسته‌ای ندارد، بدون ایجاد هیچ موج یا اثری پلاسما را پشت سر می‌گذارد. در نتیجه، هر موج و تلاطمی که در سمت دیگر ثبت می‌شد، با قطعیت به ردپای کوارک تنها نسبت داده می‌شد.

🔹 این آزمایش تاریخی که در ژورنال Physics Letters B منتشر شده، نشان می‌دهد این سوپ باستانی به قدری چگال بوده که توانسته سرعت کوارک‌های پرانرژی را مهار کرده و مانند یک سیال واقعی، در اثر برخورد ذرات موج بردارد. این یافته پنجره‌ای بی‌سابقه به سوی شناخت ویژگی‌های فیزیکی ماده در سپیده‌دم پیدایش گیتی می‌گشاید.

[منبع]
🆔 @Science_Focus
#فیزیک_ذرات #سرن #LHC #کیهان_شناسی #بیگ_بنگ #کوارک #فیزیک_هسته_ای #MIT